給體-受體斯坦豪斯加合物（Donor-Acceptor Stenhouse Adducts，DASAs)是一類新型的光致變色化合物，可以在可見光與熱的作用下在有色鏈狀（linear）與無色環狀（cyclic）間往復切換，自2014年由Alaniz等人發現以來，受到了研究者們的廣泛關注，尤其是在光控表面處理、藥物遞送、光學資訊加密與流體控制等眾多領域具有潛在的應用價值。
然而，與其他光致變色化合物類似，雖然DASAs在溶液中具有優異的光開關能力，但是DASAs在固態聚合物基質中的光致變色速率較慢甚至被抑制，且抗疲勞效能差，這限制了其實際應用。
最近，中山大學餘丁山教授、廣東工業大學陳旭東教授、東南大學李全院士團隊合作，透過構築八極給-受體結構，設計併合成了一系列支化結構的八極斯坦豪斯加合物（Multi-Branched Octupolar Stenhouse Adducts，MOPSAs），在聚合物基質中實現了超快、可逆的可見光光致變色，具有優異的抗疲勞性，並挖掘了其在冷鏈運輸防偽及斷鏈指示和光學資訊加密中的應用。論文的第一作者為中山大學化學學院博士生房龍和博士生林紫薇，相關成果以“Robust, Ultrafast and Reversible Photoswitching in Bulk Polymers Enabled by Octupolar Molecule Design”為題，發表在Angewandte Chemie International Edition上。
優選的MOPSA-1分子在熱塑性聚氨酯（TPU）薄膜中，在550 nm光照下，褪色只需6秒；在60 °C加熱時，恢復著色僅需17秒，光致變色效能優於傳統DASA；並且在500次褪色-恢復迴圈後，仍能保持67%的吸光度，這超過目前所有已報道的DASA分子在固態基質中的抗疲勞效能。
理論計算研究和實驗結果表明，相較於偶極DASA分子，具有多支八極結構的MOPSA分子，能夠發揮其獨特的空間幾何效應和電子調製效應，不僅使其在聚合物基質中能夠誘導大的自由體積以促進其在聚合物基質中的異構，還能透過調控電子結構和分子內氫鍵作用來促進異構。
值得注意的是，MOPSA的產率高達91%，可以在實驗室內大量合成，且可透過簡單的共混法和溶液澆築法，實現基於MOPSA的光致變色TPU薄膜的大面積製備。得到的光致變色薄膜可以在冷鏈運輸中作為防偽標籤用於冷鏈斷鏈指示和貨品防偽，也可以用於多維光學資訊加密。
該工作不僅構築了一類可實現超快可逆、抗疲勞效能好的可見光光致變色的新型有機光開關，還為克服光致變色分子在固體基質中光致變色效能較差這一侷限提供了新的思路，從而提升了其在眾多領域中的實際應用價值。
最後，特別感謝國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金面上專案、中央高校基本科研業務費的資助。
參考文獻：
Fang, L.; Lin, Z.; Zhang, Y.; Ye, B.; Li, J.; Ran, Q.; Wang, X.; Yang, M.; Yuan, Z.; Lin, X.; Yu, D.; Chen, X.; Li, Q.; Robust, ultrafast and reversible photoswitching in bulk polymers enabled by octupolar molecule design. Angewandte Chemie International Edition 2024, e202402349.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202402349
來源：高分子科學前沿
宣告：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！
